2026 年 9 月 28 日
华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）的研究团队近期在生物电子领域取得进展，利用人体中最丰富的蛋白质——原蛋白（Collagen），结合可可油作为牺牲材料，开发出一种新型增材制造方法。该研究成果旨在解决传统生物电子装置材料与活体组织兼容性不足的问题。
原蛋白约占人体总蛋白质的 30%，为皮肤、骨骼和软组织提供结构支撑、强度及弹性。麦克尔维工程学院（McKelvey School of Engineering）的工程师们正尝试利用这一丰富资源制造基于原蛋白的生物电子装置。相比玻璃、金属等传统医疗植入物材料，这种以原蛋白为基础的材料预计能更好地与活体组织相容，从而提升医疗植入物、实验室培养组织模型以及生物电子设备与身体的交互自然度。
该研究由生物医学工程助理教授 Alexandra Rutz 指导，其实验室博士生 Tianran Liu 主导了具体的实验工作。相关论文已于今年 8 月发表在《ACS 应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）杂志上。
在原蛋白基板上打印导电墨水
Tianran Liu 采用了一种创新的墨水配方，起始原料为导电聚合物 PEDOT:PSS，并添加 PEGDE（聚乙二醇二缩水甘油醚）。PEGDE 作为一种化学化合物，能在室温下帮助 PEDOT:PSS 凝固。与传统工艺不同，研究人员使用 3D 打印机将这种混合墨水直接打印在原蛋白基板上，而非通常使用的玻璃或塑料基底。
实验结果显示，这种打印材料具有优异的水稳定性，不会被水冲走。当接触水分时，材料会形成一种水合膜，其刚度与人体软组织相似。此外，细胞在该物质表面表现出良好的附着性，能够存活并随时间推移正常生长。
Alexandra Rutz 指出：“这种材料可以很容易地包裹极小直径的结构，且具备可缝合性，因此具有很高的外科应用潜力。”她强调，原蛋白的主要优势在于其生物活性以及类似组织的机械特性，这使得研究人员可以考虑直接将细胞种植到设备上，或在植入设备时实现更自然的整合。
目前，这种制造方法适用于体外或体内应用场景，例如开发阻抗传感器或神经刺激器。
利用可可油作为可拆卸的形状图案模板
为了构建复杂的微结构，研究团队引入了可可油（Cacao Butter）作为一种“牺牲材料”。牺牲材料是指在制造过程中被塑造成特定设计，嵌入或涂层后，再通过溶解或去除留下有图案层的临时材料。
Rutz 提到，文献中常见的许多牺牲材料需要高温才能去除，这往往会导致原蛋白基质受损。因此，团队寻找一种既能在温和温度下去除，又能在蒸发过程中保持形状稳定的材料。
研究发现，可可油可以从可可豆中提取，并能通过 3D 打印制成柱状结构。这些结构可以使用温水轻松去除，且在干燥过程中能保持形状不变，完美解决了高温损伤原蛋白基质的难题。
迈向感知活体组织模型
对于未来的研究方向，Rutz 表示下一步将聚焦于优化生物电子装置的传感部分。目前的挑战在于如何同时利用这种生物电材料支持组织模型的生长，并实时监测其自然状态。
“我们正在学习如何使用这种技术来维持组织模型的完整性，同时也试图监测它们的状态。”Rutz 说道，“长期的目标是能够将这两个方面结合起来，实现对组织模型功能状态的全面感知。”
参考文献：
Tianran Liu et al., Additive Manufacturing of PEDOT:PSS Electrodes on Soft Collagen Substrates for Soft and Bioactive Electronics, ACS Applied Materials & Interfaces (2026). DOI: 10.1021/acsami.6c09421
